车轮为什么是圆的 (车轮为什么是圆的数学原理)

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亚里士多德车轮悖论是指一个轮子,滚动一圈,滚过的距离就是它的周长,而轮子里面的一个点(假设叫做红点),它也和轮子外沿的点(假设叫做黄点)一样,走过了相同的距离,那么就会得到一个显然错误的答案:红圈和黄圈的周长相等。

如今公认的正确解释是:

黄圈是货真价实地滚了一圈,而红圈则是一边滚动,一边滑动。红点走过的距离里边含有滑动的部分,不能全部算作它的周长。如果考察轮子上各点的速度,会发现只有与地面接触的点瞬时速度为零。因此只有外沿滚过的距离等于它的周长。

给出的数学角度的解释:

如今数学家们已经知道,存在一对一的对应关系并不表示两条曲线的长度相同;康托尔(Georg Cantor)就证明出不论线段长短,在上面可以取得的点基数都是一样的。他称点的这种超限数为连续统。

举例而言,所有存在于0与1这个区间中的点,都可以用一对一的对应方式摆进另一条无限长的直线上,而在康托尔之前的数学家如亚里士多德显然不理解这个问题。

上面的这些解释,个人觉得无法理解。

上面解释的出发点是大圆和小圆的点数是相同的,每一个点是没有大小的。

那么,用这种纯粹数学理论上的点,来解释自然界中的物理现象(包含了各种力的作用),其间是否出发点就是错误的?

所谓无穷小,就是没有大小,因为只要有一个大小x,那么这个x就不可能是最小,因为还可以比x更小。所以无穷小的点就是没有大小的点(大小为0)。

也就是说,由没有大小的点,构成了物理上的有大小的车轮,我们都知道,无穷小加上无穷小还是无穷小,即使这个世界是上帝创造的,我觉得上帝也没办法通过没有大小的点来创造出这个世界里面有大小的物质吧?

所以,唯一的解释,就是物理世界中的点,最终会有一个大小。

从这个观点出发,上述问题就好解释了。

既然点有大小,那么,小圆上的点数就必然少于大圆,比例由两个圆的周长之比确定。

我们假设是1:3,那么,现在假设小圆由6个乒乓球围成,大圆就是18个。

其结果必然是,大圆滚动3个球,小圆才滚动到下一个球。

造成这种结果的原因是两者的角速度一样而线速度不一样。这就好比一个大人和一个小孩在并排走路,相同时间内小孩子走三步,大人走一步,但大人走一步的长度等于小孩子走三步的长度。

按照这种解释,就根本不需要什么滚动滑动,这个解释也和我们的直觉是完全一致的。

如果从两个圆的点数一样出发,还会得出如下矛盾的结果:

因为点数一样,所以大圆滚过多少点,小圆也滚过多少点,同时它们滚过的距离一样,那必然大圆和小圆两点之间的间隔是一样的,也就是两者的周长应该一样。

同时,由于点的数目是无穷大,如果说小圆在滑动,那么哪些点在滑动?哪些点没滑动?这个选择是如何作出来的?还是所有的点都在滑动?如果所有的点都在滑动,那就等于说小圆根本就没有滚动,这可能吗?或者所有的点既滑动又滚动,因为滑动与滚动是两个不同的动作,那么这些没有大小的点与点之间是如何分隔开来的?

如果再考虑到相同的时间内大圆小圆滚过了相同的距离,那只能说明小圆的每个点是被大圆拖动的,如果是这种情况,大圆小圆的点数如果相同的话,似乎更难解释,因为大圆滚过一个点,小圆也滚过一个点。

按照上面连续统的理论,长度不一样的直线,可以有相同的点数,这个从数学理论出发是可以理解的,因为点没有大小,但是在物理世界应该行不通。

也许,上帝创造这个世界的终极奥秘,就在于一片虚空之中,如何产生了那些具有大小的基本粒子。

那么,由数学理论上的点来解释物理现象,这是不是前提就不成立?

个人看法,有错误请指出。

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